本文關(guān)鍵詞：基于ARM的微型電缸控制系統(tǒng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著自動(dòng)化控制的不斷發(fā)展,氣缸、液壓缸到電動(dòng)缸的更新?lián)Q代標(biāo)志著國內(nèi)外自動(dòng)化水平的不斷提高。較之氣缸與液壓缸,電缸使用伺服電機(jī)作為動(dòng)力源,擁有控制精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì),因此廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、家庭生活等諸多方面,逐漸成為相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者關(guān)注的焦點(diǎn)。然而,國內(nèi)對(duì)大型電缸的研發(fā)與國外相比差距較大,目前主要處于裝配生產(chǎn)階段,但對(duì)微型電缸的研究卻有一些收獲�？v觀國內(nèi)外,微型電缸的控制方案主要有:51/AVR/PIC等普通單片機(jī)控制、DSP控制、PLC控制和PC機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡控制。這些控制方案都因各自的缺點(diǎn)而局限了它們的通用性。因此,本文提出了一種基于ARM架構(gòu)的新型控制方案,該方案結(jié)合了上述控制方案的優(yōu)點(diǎn),并有很強(qiáng)的通用性。首先,對(duì)比現(xiàn)有微型電缸控制方案,提出了一種基于ARM Cortex-M3微處理器為核心的控制系統(tǒng),并分析該控制系統(tǒng)的工作原理。其次,對(duì)微型電缸的主要零部件進(jìn)行選型。本文驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用噪音小,位置精度高的無刷直流電機(jī),并闡述了它的工作原理和換相過程;傳動(dòng)元件采用精度高,傳動(dòng)平穩(wěn)的滾珠絲桿;檢測(cè)元件采用既能檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速又能檢測(cè)位置信息的光電編碼器。然后,搭建控制系統(tǒng)硬件平臺(tái),設(shè)計(jì)了外圍電路,主要包括功率驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路、光電編碼器電路、電源電路和串口通信電路。同時(shí),搭建控制系統(tǒng)軟件平臺(tái),移植了uClinux操作系統(tǒng),并詳細(xì)闡述了微型電缸控制系統(tǒng)uClinux的移植過程。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)各個(gè)功能模塊。此外,對(duì)微型電缸控制系統(tǒng)以及無刷直流電機(jī)等各個(gè)模塊建模。并在MATLAB/Simulink建立仿真模型,利用PID控制及模糊自整定PID控制算法對(duì)比仿真,從仿真曲線可以得到,模糊自整定PID明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制。最后,在樣機(jī)上對(duì)微型電缸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,從數(shù)據(jù)可以得出本控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和較高的控制精度。本文研究設(shè)計(jì)的微型電缸控制系統(tǒng)能夠精確的實(shí)現(xiàn)微型電缸的定位,并且設(shè)計(jì)成本低廉,對(duì)國內(nèi)外微型電缸控制的研究作出了一定貢獻(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：微型電缸 ARM uClinux移植 MATLAB/Simulink仿真 PID控制
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 課題背景和研究意義11-15
• 1.1.1 電動(dòng)缸的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展11-13
• 1.1.2 微型電缸優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用13-14
• 1.1.3 微型電缸常用驅(qū)動(dòng)電機(jī)14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文的主要工作和章節(jié)安排16-18
• 第二章 電缸總體控制方案設(shè)計(jì)18-30
• 2.1 整體控制系統(tǒng)工作原理18
• 2.2 微型電缸主要機(jī)構(gòu)選型18-22
• 2.2.1 電機(jī)的選擇18-20
• 2.2.2 滾珠絲杠20-21
• 2.2.3 光電編碼器選型21-22
• 2.3 無刷直流電機(jī)的控制原理22-25
• 2.3.1 無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式選擇23-24
• 2.3.2 兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)運(yùn)行原理24-25
• 2.3.3 功率開關(guān)管的選型25
• 2.4 電缸總體控制方案的選擇25-27
• 2.5 電缸控制系統(tǒng)硬件需求分析27-28
• 2.6 電缸控制系統(tǒng)軟件需求分析28-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)30-40
• 3.1 ARM主控芯片30-32
• 3.1.1 ARM芯片的選型30-31
• 3.1.2 STM32介紹31-32
• 3.2 功率驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)32-34
• 3.2.1 驅(qū)動(dòng)器的選擇32-33
• 3.2.2 功率驅(qū)動(dòng)電路工作原理33-34
• 3.3 電機(jī)逆變電路設(shè)計(jì)34-35
• 3.4 光電編碼器電路35
• 3.5 電源電路35-36
• 3.6 串口通信電路設(shè)計(jì)36-37
• 3.7 PWM信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)37-38
• 3.8 硬件系統(tǒng)抗干擾措施38-39
• 3.9 本章小結(jié)39-40
• 第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)40-55
• 4.1 軟件開發(fā)環(huán)境40-41
• 4.1.1 ARM開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介40-41
• 4.1.2 上位機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境41
• 4.2 uClinux系統(tǒng)的移植41-47
• 4.2.1 BootLoader的設(shè)計(jì)42-44
• 4.2.2 修改uClinux內(nèi)核44-46
• 4.2.3 編譯uClinux內(nèi)核46
• 4.2.4 配置生成uClinux系統(tǒng)46
• 4.2.5 uClinux內(nèi)核的下載與執(zhí)行46-47
• 4.3 功能模塊設(shè)計(jì)47-51
• 4.3.1 主程序模塊47-48
• 4.3.2 系統(tǒng)初始化模塊48
• 4.3.3 中斷服務(wù)模塊48-51
• 4.4 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)51-53
• 4.5 串口通信程序設(shè)計(jì)53-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第五章 電缸控制系統(tǒng)仿真55-74
• 5.1 PID控制55-57
• 5.1.1 PID控制原理55-56
• 5.1.2 數(shù)字PID控制56
• 5.1.3 PID控制局限性及其發(fā)展方向56-57
• 5.2 模糊PID控制57-62
• 5.2.1 模糊控制的結(jié)構(gòu)原理57-58
• 5.2.2 參數(shù)自整定模糊PID控制原理58-59
• 5.2.3 模糊PID控制器設(shè)計(jì)59-62
• 5.3 電缸數(shù)學(xué)模型的建立62-67
• 5.3.1 電缸的數(shù)學(xué)模型62-63
• 5.3.2 無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型63-67
• 5.3.3 速度反饋環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型67
• 5.4 仿真實(shí)驗(yàn)67-72
• 5.4.1 電缸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真67-70
• 5.4.2 控制算法的對(duì)比仿真70-72
• 5.5 實(shí)驗(yàn)72-73
• 5.5.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備72
• 5.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論72-73
• 5.6 本章小結(jié)73-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-76
• 6.1 總結(jié)74
• 6.2 展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 致謝79-80
• 在校發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果80

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